(57)【要約】【課題】アクティブ方式のセルバランス装置において、組電池の備える複数の電池セルの直列数の増大による、トランスのタップ数の増大、及び、タップ間のバラツキを抑制するセルバランス装置を提供する。【解決手段】複数の電池セルを直列接続した電池スタックを直列に複数接続した組電池と、組電池に並列接続した複数の１次コイルと、各電池セルに並列接続された複数の２次コイルと、複数の１次コイルの各々に直列接続されたスイッチング回路と、を備える。そして、電池スタックを構成する複数の電池セルに接続された複数の２次コイルは、１個の１次コイルとトランス結合する。また、複数の１次コイルは、それぞれ別々の２次コイルとトランス結合する。これにより、１次コイルに接続されたスイッチング回路をスイッチングすることで、各電池スタックの複数の電池セルのセル電圧を均等化することができるトランス結合回路を構成する。【選択図】図１
2013183555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを直列接続した電池スタックを直列に複数接続した組電池が有する各電池セルのセル電圧を均等化するセルバランス装置において、
互いに並列、かつ、前記組電池に並列接続された複数の１次コイルと、
前記各電池セルに並列接続された複数の２次コイルと、
前記複数の１次コイルの各々に直列接続されたスイッチング回路と、
を備え、
前記電池スタックを構成する前記複数の電池セルに接続された前記複数の２次コイルは、それぞれ前記複数の１次コイルのうちの１個の１次コイルとトランス結合し、
前記複数の１次コイルは、それぞれ別々の前記電池スタックを構成する前記複数の電池セルに接続された複数の２次コイルとトランス結合することを特徴とするセルバランス装置。
【請求項２】
前記各電池セルのセル電圧を測定する複数の第１の電圧計と、
前記各第１の電圧計で測定された前記セル電圧値のずれが規定値以上である前記電池スタックがある場合、その前記電池スタックを構成する前記複数の電池セルに接続された２次コイルとトランス結合している１次コイルと、直列接続されたスイッチング回路をスイッチングさせる制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のセルバランス装置。
【請求項３】
前記電池スタックを構成する前記複数の電池セルの個数は、各電池スタックで互いに同じ個数であり、
前記複数の１次コイルの個数と、前記複数のスイッチング回路の個数は、前記複数の電池スタックの個数と同じ個数であることを特徴とする請求項１または２に記載のセルバランス装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記各電池スタックの電圧値であるスタック電圧値を加算し、その加算した前記スタック電圧値を前記電池スタックの個数で除算してスタック電圧平均値を算出し、
前記スタック電圧値が前記スタック電圧平均値未満である電池スタックがある場合、その電池スタックを構成する前記複数の電池セルに接続された２次コイルとトランス結合している１次コイルと、直列接続されたスイッチング回路をスイッチングさせることを特徴とする請求項３に記載のセルバランス装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記組電池が備える全ての電池セルのセル電圧値を加算し、その加算したセル電圧値を前記組電池が備える全ての電池セルの個数で除算してセル電圧平均値を算出し、
前記セル電圧値が前記セル電圧平均値よりも低い電池セルを備える電池スタックがある場合、その電池スタックを構成する前記複数の電池セルに接続された２次コイルとトランス結合している１次コイルと、直列接続されたスイッチング回路をスイッチングさせることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のセルバランス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池を構成する複数の電池セルの電圧を均等化するセルバランス装置に関し、特には、トランスを介して各電池セルの間で電力の受け渡しをするアクティブ方式のセルバランス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車や電気自動車等に搭載されるリチウムイオン電池等の電池セルは、高電圧を得るために、複数の電池セルを直列接続した組電池として用いられている。
このような組電池を構成する各電池セルの電圧（以下、セル電圧という。）がばらつくと、電池セルの劣化が加速的に進行したり、利用可能なエネルギ量が低下したりする。したがって、各セル電圧は均等であることが望ましい。しかし、各電池セルの容量、内部抵抗及び自己放電率等が不均一であることに起因して、各セル電圧にばらつきが発生することがある。そこで、従来から、各セル電圧を均等化するためのセルバランス装置を用いて、各セル電圧のばらつきを解消することが提案されている。
【０００３】
そして、セルバランス装置の構成としては、従来から、各電池セルにスイッチと抵抗とを接続しておき、各電池セルの中で電圧の高い電池セルがある場合に、その電池セルを放電させることで、各電池セルの電圧を均等化するパッシブ方式が用いられている。しかし、パッシブ方式は原理的に電池セルの余分な電力を放電することになるので、電力を無駄に消費してしまうことになる。そこで、トランスを介して各電池セルの間で電力の受け渡しをすることで、各電池セルの電圧を均等化するアクティブ方式のセルバランス装置が注目されている。
【０００４】
ただし、従来のアクティブ方式のセルバランス装置では、トランスの各タップにそれぞれ電池セルが１つずつ接続されるので、セルの直列数が増えると、トランスのタップ数が増える。そして、トランスのタップ数が増えるのにともなって、従来のアクティブ方式のセルバランス装置では、タップ間のばらつきが大きくなる、及び、トランス結合回路の体格が増大してしまうという問題があった。
【０００５】
また、セルバランス装置に関する技術に関しては、下記の特許文献１〜３等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３６６６０号公報
【特許文献２】特開２００２−２２３５２８号公報
【特許文献３】特開２００４−０８０９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、アクティブ方式のセルバランス装置において、組電池の備える複数の電池セルの直列数の増大による、トランスのタップ数の増大、及び、タップ間のバラツキを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明のセルバランス装置は、複数の電池セルを直列接続した電池スタックを直列に複数接続した組電池が有する各電池セルのセル電圧を均等化するセルバランス装置において、互いに並列、かつ、前記組電池に並列接続された複数の１次コイルと、前記各電池セルに並列接続された複数の２次コイルと、前記複数の１次コイルの各々に直列接続されたスイッチング回路と、を備え、前記電池スタックを構成する前記複数の電池セルに接続された前記複数の２次コイルは、それぞれ前記複数の１次コイルのうちの１個の１次コイルとトランス結合し、前記複数の１次コイルは、それぞれ別々の前記電池スタックを構成する前記複数の電池セルに接続された複数の２次コイルとトランス結合することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アクティブ方式のセルバランス装置において、組電池の備える複数の電池セルの直列数の増大による、トランスのタップ数の増大、及び、タップ間のバラツキを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１のセルバランス装置を示す構成図である。
【図２】実施形態１のセルバランス制御のフローチャートである。
【図３】実施形態２のセルバランス装置を示す構成図である。
【図４】実施形態２のセルバランス制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施形態１］
以下、本発明の実施形態１について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明において使用される文言を定義する。
【００１２】
電池スタックとは、複数の電池セルを直列に接続した構成単位であり、例えば、４つの電池セルを直列に接続したものを示す。また、組電池とは、複数の電池スタックを直列に接続した構成単位であり、例えば、４つの電池スタックを直列に接続したものを示す。
【００１３】
図１は、実施形態１のセルバランス装置を示す構成図である。
図１を参照して、実施形態１のアクティブ方式のセルバランス装置について説明する。
以下の説明においては、ハイブリット車や電気自動車等に搭載されている組電池を構成する複数の電池セルのセル電圧を均等化するセルバランス装置について説明する。ただし、実施形態１のセルバランス装置は、例えば、ノートパソコン等に搭載される組電池等、その他の用途に使用される組電池を構成する複数の電池セルのセル電圧を均等化する場合についても、適用することができる。
【００１４】
なお、以下の説明においては特に断らない限り、セルバランス装置の方式は、アクティブ方式であるものとする。
１６個の電池セル１ａ〜１ｐを直列に接続した組電池の各セル電圧を均等化するために用いられる実施形態１のセルバランス装置は、例えば、１６個の２次コイル２ａ〜２ｐと、１６個のダイオード３ａ〜３ｐと、１６個の電圧計４ａ〜４ｐと、４個の１次コイル５ａ〜５ｄと、４個のスイッチング回路６ａ〜６ｄと、４個のコア７ａ〜７ｄと、制御部８と、記憶部９と、４個の電圧計１０ａ〜１０ｄと、４個の電池スタック１１ａ〜１１ｄと、４個のトランス結合回路１２ａ〜１２ｄと、を備えて構成される。以上のように、図１では、組電池を構成する電池スタックの個数、及び各電池スタックを構成する電池セルの個数が、共に４個である場合のセルバランス装置を図示している。以下の説明においては、図１の構成に基づいて、実施形態１のセルバランス装置について説明する。なお、実施形態１のセルバラス装置は、組電池を構成する電池スタックの個数、及び各電池スタックを構成する電池セルの個数が図１と異なる場合についても、適宜構成を変更することで、適用することができる。
【００１５】
電池セル１ａ〜１ｐは、例えば、リチウムイオン電池、鉛電池、ニッカド電池及びニッケル水素電池等の蓄電池で構成される。そして、電池セル１ａ〜１ｐは、互いに直列に接続されることで組電池を構成する。また、組電池の端子Ａ、Ａ′は、図示しない充電器やモータ等の負荷に接続される。さらに、組電池は、充電器に接続されているときに充電され、負荷に接続されているときに充放電するように構成されている。なお、電池セル１ａ〜１ｐを、それぞれ複数の電池セルを直列に接続した電池ブロックに代えても良い。
【００１６】
２次コイル２ａ〜２ｐは、例えば、銅線等の電線を巻き回すことで構成される。また、２次コイル２ａ〜２ｐは、それぞれ電池セル２ａ〜２ｐの両端に並列に接続されている。そして、１次コイル５ａ〜５ｃに交流電流が供給されたときに、２次コイル２ａ〜２ｐは、電磁誘導により誘導電流を発生し、その誘導電流をそれぞれ整流回路３ａ〜３ｐで整流し、各電池セル１ａ〜１ｐに供給する。また、２次コイル２ａ〜２ｐの巻数は、１次コイル５ａ〜５ｃの巻数に対して、電池セル２ａ〜２ｐの充電に適した誘導電圧が得られるように適宜設定される。一例としては、図１の構成の場合、電池セル１ａ〜１ｐの個数が１６個なので、各１次コイルと各２次コイルとの巻線比は、１次コイル：２次コイル＝１６：１に設定すると良い。この巻線比にすることにより、下記式（１）により算出される組電池を構成する電池セル１ａ〜１ｐの各セル電圧の値（以下、セル電圧値という。）の平均値であるセル電圧平均値Ｖａを、各電池セルに供給することができる。
セル電圧平均値Ｖａ＝組電池を構成する電池セルのセル電圧値の合計／組電池を構成する電池セルの直列数        （１）
なお、図１の構成の場合には、組電池を構成する電池セルの直列数は１６個なので、分母には１６を代入すると良い。
【００１７】
整流回路３ａ〜３ｐは、例えば、ダイオード等の半導体素子で構成され、２次コイル２ａ〜２ｐで発生した誘導電流を整流する。なお、図１では、各整流回路３ａ〜３ｐをダイオード一つとし、簡略化して示しているが、適宜公知の整流回路を用いれば良い。
【００１８】
電圧計４ａ〜４ｐは、公知の電圧計を採用することができる。そして、電圧計４ａ〜４ｐは、それぞれ電池セル１ａ〜１ｐに並列に接続され、各セル電圧を測定する。そして、電圧計４ａ〜４ｐは、測定した各セル電圧値を制御部８に出力する。
【００１９】
１次コイル５ａ〜５ｄは、例えば、銅線等の電線を巻き回すことで構成される。そして、１次コイル５ａ〜５ｄは、それぞれが組電池と並列に接続され、かつ、互いに並列に接続されている。また、１次コイル５ａ〜５ｄには、それぞれ直列にスイッチング回路６ａ〜６ｄが接続されている。そして、１次コイル５ａ〜５ｄは、スイッチング回路６ａ〜６ｄがスイッチング動作することにより、組電池から交流電流が供給されると、電磁誘導により、２次コイル２ａ〜２ｐに誘導電流を発生させる。なお、組電池から１次コイル５ａ〜５ｄに供給される交流電流は、組電池の端子Ａ、Ａ′間の電圧をスイッチング回路により周期的に印加するパルス状の電流である。
【００２０】
スイッチング回路６ａ〜６ｄには、例えば、電磁リレー、または、電界効果トランジスタ等を採用することができる。そして、スイッチング回路６ａ〜６ｄは、それぞれ１次コイル５ａ〜５ｄと組電池との間に直列に接続されている。また、スイッチング回路６ａ〜６ｄは、制御部８により制御され、必要に応じてスイッチング動作をする。
【００２１】
コア７ａ〜７ｄには、例えば、鉄やフェライトなどの強磁性またはフェリ磁性の素材を採用することができる。そして、コア７ａには、１次コイル５ａ及び２次コイル２ａ〜２ｄが巻き回されている。また、コア７ｂには、１次コイル５ｂ及び２次コイル２e〜２ｈが巻き回されている。さらに、コア７ｃには、１次コイル５ｃ及び２次コイル２ｉ〜２ｌが巻き回されている。そして、コア７ｄには、１次コイル５ｄ及び２次コイル２ｍ〜２ｐが巻き回されている。これにより、コア７ａ〜７ｄそれぞれに巻きまわされているコイル間で、電磁誘導による電力の受け渡しが行なわれるように、１次コイルと２次コイルとをトランス結合させたトランス結合回路１２ａ〜１２ｄが構成されている。そして、以下の説明では、トランス結合回路１２ａ〜１２ｄには、１次コイル及び２次コイルの他に、１次コイルに直列に接続されているスイッチング回路も含むものとする。なお、用途によって、空芯コイルで足りる場合には、コア７ａ〜７ｄを省略しても良い。そして、空芯コイルを用いる場合においても、コア７ａ〜７ｄがある場合と同じように、電磁誘導による電力の受け渡しは、各トランス結合回路で行なう構成とすれば良い。
【００２２】
制御部８には、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等のワークスペースとしてメモリを搭載するコンピュータを採用することができる。そして、制御部８は、電圧計４ａ〜４ｐで測定された各セル電圧、電圧計１０ａ〜１０ｄで測定された電池スタックの端子間電圧である各スタック電圧、及び、記憶部９に記憶されている各セル電圧のばらつきの許容される範囲を示すバラツキ規定値に基づいて、スイッチング回路６ａ〜６ｄの動作を制御する。なお、制御部８の具体的なスイッチング回路６ａ〜６ｄの動作制御については、実施形態１の動作説明において、図２のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００２３】
記憶部９には、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等を採用することができる。この記憶部９には、ＯＳのプログラムやアプリケーションのプログラムが記憶されている。また、記憶部９には、制御部８の処理に必要な各種データが記憶されている。この各種データには、少なくとも、バラツキ規定値が含まれている。
【００２４】
バラツキ規定値とは、各セル電圧のばらつきの許容される範囲を示す値であり、その値の設定方法はユーザにより適宜選択すれば良い。
ここで、バラツキ規定値の一例を、制御部８により行なわれるバラツキ規定値を用いたスイッチング回路の制御を説明することにより具体的に示す。まず、制御部８は、下記式（２）を用いて、各スタック内のセル電圧の平均値であるセル電圧平均値Ｖｓを算出する。
セル電圧平均値Ｖｓ＝電池スタックを構成する電池セルのセル電圧値の合計／電池スタックを構成する電池セルの直列数        （２）
なお、図１の構成の場合には、電池スタックを構成する電池セルの直列数は、４個なので、分母には４を代入すると良い。
【００２５】
次に、下記式（３）を用いて、電池スタック内にバラツキ規定値以上に、セル電圧平均値Ｖｓからずれた（乖離した）セル電圧値を示す電池セルがあるか否かを判定する。
セル電圧平均値Ｖｓ−α＜各セル電圧値＜セル電圧平均値Ｖｓ＋α    （３）
なお、式（３）のαは、バラツキ規定値であり、ユーザが適宜設定した所定の電圧値として規定されているものである。
【００２６】
そして、制御部８は、セル電圧平均値Ｖｓからバラツキ規定値以上にずれたセル電圧値を示す電池セルがある電池スタックがある場合、その電池スタックに電流を供給するためのトランス結合回路に属するスイッチング回路をスイッチングさせる制御をする。
【００２７】
以上のように、バラツキ規定値は、セル電圧平均値Ｖｓから、電池スタック内の各セル電圧がどの位ずれたときに、制御部８において、その電池スタック内の各セル電圧がばらついたと判定するかを示す電圧値として設定されていても良い。
【００２８】
なお、上記にバラツキ規定値の一例を示したが、この他にも、電池スタック内のセル電圧値の最高値から、セル電圧値の最低値を減算することで得られる電圧値の差分の許容範囲として、バラツキ規定値を所定の電圧値で設定しても良い。このバラツキ規定値を用いる場合、制御部８は、各電池スタックでセル電圧値の最高値から、セル電圧値の最低値を減算する。そして、制御部８は、算出した電圧値の差分がバラツキ規定値よりも大きいか否かを判定する。その結果、算出した電圧値の差分がバラツキ規定値よりも大きい電池スタックがあった場合、制御部８は、その電池スタックの各セル電圧がばらついていると判定する。
【００２９】
この他にも、電池スタック内の各セル電圧がばらついていることを判定することができるように、バラツキ規定値は、適宜設定されれば良い。
電圧計１０ａ〜１０ｄには、公知の電圧計を採用することができる。そして、電圧計１０ａ〜１０ｄは、各電池スタック１１ａ〜１１ｄに並列に接続され、各スタック電圧を測定する。そして、電圧計１０ａ〜１０ｄは、測定した各スタック電圧の値（以下、スタック電圧値という。）を制御部８に出力する。なお、スタック電圧値は、電圧計４ａ〜４ｐから取得した各セル電圧値を用いて、電池スタック１１ａ〜１１ｄごとに算出しても良い。具体的には、電池スタック１１ａの場合を例とすると、制御部８において、電池セル１ａ〜１ｄのセル電圧を足し合わせて、スタック電圧値を算出すれば良い。
【００３０】
電池スタック１１ａ〜１１ｄは、複数の電池セルを直列に接続したものである。そして、各電池スタックを構成する複数の電池セルに接続されている２次コイルは、コア７ａ〜７ｄの説明のときに述べたように、共通の１次コイルとトランス結合している。より具体的には、電池スタック１１ａは、電池セル１ａ〜１ｄを直列に接続したものであり、電池スタック１１ｂは、電池セル１ｅ〜１ｈを直列に接続したものである。また、電池スタック１１ｃは、電池セル１ｉ〜１ｌを直列に接続したものであり、電池スタック１１ｄは、電池セル１ｍ〜１ｐを直列に接続したものである。
【００３１】
トランス結合回路１２ａ〜１２ｄは、それぞれ、同じコアに共通に巻きまわされている一つの１次コイル及び複数の２次コイルと、１次コイルに直列に接続された一つのスイッチング回路で構成される。そして、トランス結合回路１２ａ〜１２ｄは、それぞれが有する１次コイル及び２次コイル間で電磁誘導により、電力の受け渡しをする。すなわち、異なるトランス結合回路間での、電磁誘導による電力の受け渡しは行なわれないように構成されている。具体的には、トランス結合回路１２ａは、コア７ａ、１次コイル５ａ、２次コイル２ａ〜２ｄ及びスイッチング回路６ａにより構成されている。また、トランス結合回路１２ｂは、コア７ｂ、１次コイル５ｂ、２次コイル２e〜２ｈ及びスイッチング回路６ｂにより構成されている。さらに、トランス都合回路１２ｃは、コア７ｃ、１次コイル５ｃ、２次コイル２ｉ〜２ｌ及びスイッチング回路６ｃにより構成されている。そして、トランス結合回路１２ｄは、コア７ｄには、１次コイル５ｄ、２次コイル２ｍ〜２ｐ及びスイッチング回路６ｄにより構成されている。
【００３２】
図２は、実施形態１のセルバランス制御のフローチャートである。
図２を用いて、実施形態１の各セル電圧を均等化するセルバランス制御を説明する。
なお、下記の説明においては、電池スタック１１ａのセルバランス制御について説明する。他の電池スタック１１ｂ〜１１ｄについても同様の制御をすることで、組電池が備える電池セル１ａ〜１ｐの各セル電圧を均等化することができる。
【００３３】
制御部８は、電圧計４ａ〜４ｄから、電池セル１ａ〜１ｄそれぞれのセル電圧値を取得する（Ｓ２０１）。具体的には、セルバランス制御を行なうことを指示する制御開始信号が入力されることにより、制御部８は、電圧計４ａ〜４ｄに測定した各セル電圧値の送信を要求する測定値要求信号を出力する。電圧計４ａ〜４ｄは、この測定値要求信号を受信すると、それぞれ制御部８にセル電圧値を送信する。これにより、制御部８は、電圧計４ａ〜４ｄが測定した各セル電圧値を取得する。なお、制御開始信号は、図示しない入力部を用いてユーザにより入力されたとき、または、イグニッションキーがオンされたとき等の任意のタイミングで制御部８に入力されるように設定すると良い。
【００３４】
すると、制御部８は、電池スタック１１ａを構成している電池セル１ａ〜１ｄの各セル電圧のずれが、バラツキ規定値以上であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。なお、この判定は、上述したバラツキ規定値を用いて行なうと良い。
【００３５】
ここで、上述した式（２）及び式（３）を用いた各セル電圧のばらつきの判定を、一例として説明する。なお、下記の説明では、式（２）及び式（３）に具体的な値を代入している。
【００３６】
まず、制御部８は、取得した電池スタック１１ａに含まれる電池セル１ａ〜１ｄの各セル電圧値のセル電圧平均値Ｖｓを、下記式（２）を用いて算出する。
セル電圧平均値Ｖｓ＝（セル電圧値２ａ＋セル電圧値２ｂ＋セル電圧値２ｃ＋セル電圧値２ｄ）／４        （２）
なお、式（２）のセル電圧値２ａ〜２ｄとは、各電池セル２ａ〜２ｄのセル電圧値のことである。
【００３７】
そして、制御部８は、下記式（３）を用いて、電池スタック１１ａ内にバラツキ規定値以上に、セル電圧平均値Ｖｓからずれたセル電圧値を示す電池セルがあるか否かを判定する。
セル電圧平均値Ｖｓ−α＜各セル電圧値＜セル電圧平均値Ｖｓ＋α    （３）
なお、各セル電圧値とは、電池セル１ａ〜１ｄそれぞれのセル電圧値であり、そのセル電圧値が式（３）の示す範囲内にある（セル電圧のずれがバラツキ規定値未満）場合には、電池スタック１１ａを構成している電池セル１ａ〜１ｄのセル電圧は、ばらついていないと判定する。逆に、セル電圧値が式（３）の示す範囲内にない（セル電圧のずれがバラツキ規定値以上）場合には、電池スタック１１ａを構成している電池セル１ａ〜１ｄのセル電圧は、ばらついていると判定する。
【００３８】
以上により、制御部８は、電池スタック１１ａを構成している電池セル１ａ〜１ｄのセル電圧のずれが規定値以上であるか否か判定している。なお、この判定方法は一例であり、適宜他の判定方法を適用しても良い。
【００３９】
図２のフローチャートにおいて、制御部８は、セル電圧のずれがバラツキ規定値以上であると判定した場合（Ｓ２０２にてＹｅｓ）、スイッチング回路６ａをスイッチングさせる（Ｓ２０３）。これにより、１次コイル５ａからの電磁誘導により２次コイル２ａ〜２ｄに誘導電流を発生させ、電池スタック１１ａの中でセル電圧の低い電池セルを優先的に充電する。したがって、電池スタック１１ａを構成する電池セル１ａ〜１ｄのセル電圧を均等化することができる。
【００４０】
そして、制御部８は、セル電圧のずれがバラツキ規定値未満になったか否かを判定する（Ｓ２０４）。この結果、セル電圧のずれがバラツキ規定値以上である場合（Ｓ２０４にてＮｏ）、Ｓ２０３に戻り、スイッチング回路のスイッチングを継続する。また、セル電圧のずれがバラツキ規定値未満である場合（Ｓ２０４にてＹｅｓ）、スイッチング回路を停止する（Ｓ２０５）。
【００４１】
次に、制御部８は、電池スタック１１ａ〜１１ｄのスタック電圧値を電圧計１０ａ〜１０ｄからそれぞれ取得し、下記式（４）を用いて各スタック電圧値の平均値（以下、スタック電圧平均値という。）を算出する（Ｓ２０６）。
スタック電圧平均値＝（スタック電圧値１１ａ＋スタック電圧値１１ｂ＋スタック電圧値１１ｃ＋スタック電圧値１１ｄ）／４        （４）
なお、式（４）のスタック電圧値１１ａ〜１１ｄとは、各電池スタック１１ａ〜１１ｄのスタック電圧値のことである。
【００４２】
そして、制御部８は、電池スタック１１ａのスタック電圧値が、算出したスタック電圧平均値未満であるか否かを判定する（Ｓ２０７）。この結果、制御部８は、電池スタック１１ａのスタック電圧値が、スタック電圧平均値未満である場合、スイッチング回路６ａをスイッチングさせる（Ｓ２０８）。これにより、電池スタック１１ａを構成する電池セル１ａ〜１ｄをそれぞれ充電することで、電池スタック１１ａのスタック電圧値をスタック電圧平均値に近づけることができる。
【００４３】
また、制御部８は、電池スタック１１ａのスタック電圧値がスタック電圧平均値と同等になったか否かを判定する（Ｓ２０９）。なお、同等とは、ユーザによって決められる範囲内に入ったときで良い。また、決められた範囲は、記憶部９に記憶され、制御部８に読みだされることにより、スタック電圧値とスタック電圧平均値の比較時に使用されるものとする。この結果、電池スタック１１ａのスタック電圧値が平均値と同等でない場合（Ｓ２０９にてＮｏ）、Ｓ２０８に戻り、スイッチング回路のスイッチングを継続する。また、電池スタック１１ａのスタック電圧値が平均値と同等である場合（Ｓ２０９にてＹｅｓ）、スイッチング回路６ａの動作を停止して（Ｓ２１０）、電池スタック１１ｂ〜１１ｄのスタック電圧値がスタック電圧平均値になっているか否かを判定する（Ｓ２１１）。そして、電池スタック１１ａ〜１１ｄそれぞれのスタック電圧値がスタック電圧平均値と同等になっている場合（Ｓ２１１にてＹｅｓ）、セルバランス制御を終了する。また、電池スタック１１ａ〜１１ｄ全てのスタック電圧値がスタック電圧平均値と同等になっていない場合（Ｓ２１１にてＮｏ）、Ｓ２０７に戻り、Ｓ２０７〜Ｓ２１１を繰り返す。
【００４４】
また、Ｓ２０２において、セル電圧のずれがバラツキ規定値未満の場合（Ｓ２０２にてＮｏ）、制御部８は、直ちにＳ２０６を実行する。また、Ｓ２０７において、電池スタック１１ａのスタック電圧値が平均値以上の場合（Ｓ２０７にてＮｏ）、Ｓ２１０に移行する。
以上の制御を電池スタック１１ａ〜１１ｄそれぞれで行なうことにより、組電池を構成する電池セル１ａ〜１ｐのセル電圧を均等化することができる。具体的には、Ｓ２０１〜Ｓ２０５の制御により、電池スタック１１ａにおいて、電池セル１ａ〜１ｄのセル電圧のばらつきを解消する。また、Ｓ２０１〜Ｓ２０５の制御により、電池スタック１１ｂにおいて、電池セル１ｅ〜１ｈのセル電圧のばらつきを解消する。さらに、Ｓ２０１〜Ｓ２０５の制御により、電池スタック１１ｃにおいて、電池セル１ｉ〜１ｌのセル電圧のばらつきを解消する。そして、Ｓ２０１〜Ｓ２０５の制御により、電池スタック１１ｄにおいて、電池セル１ｍ〜１ｐのセル電圧のばらつきを解消する。次に、Ｓ２０６〜Ｓ２１０の制御により、電池スタック１１ａ〜１１ｄの中で、スタック電圧がスタック電圧平均値未満の電池スタックを充電し、スタック電圧がスタック電圧平均値以上の電池スタックを放電するので、結果的に電池スタック１１ａ〜１１ｄの各スタック電圧が均等化される。上記のように、各電池スタック内の各セル電圧を均等化し、その後、各電池スタックのスタック電圧を均等化するので、電池セル１ａ〜１ｐのセル電圧が均等化されることになる。
【００４５】
また、実施形態１のセルバランス装置は、組電池を構成する電池セルを複数の電池スタックに分割し、それぞれが別々のトランス結合回路に接続されるように構成した。これにより、実施形態１によれば、アクティブ方式のセルバランス装置において、組電池の備える複数の電池セルの直列数の増大による、トランス結合回路のタップ数の増大、及び、タップ間のバラツキを抑制することができる。
【００４６】
また、実施形態１においては、電池スタック１１ａ〜１１ｄは、それぞれ別々のトランス結合回路１２ａ〜１２ｄと接続されている。これに代えて、電池スタック１１ａ〜１１ｄのうち、いくつかを、トランス結合回路１２ａ〜１２ｄの中の同じトランス結合回路に接続しても良い。ただし、タップ数を減らす為に、少なくとも２個以上のトランス結合回路が、電池スタック１１ａ〜１１ｄと接続されるようにする。すなわち、同じ電池スタックに接続されている複数の２次コイルを同じ１次コイルに接続し、かつ、２つ以上の１次コイルがいくつかの電池スタックが有する２次コイルと接続されていれば良い。図１を用いて、一例を具体的に説明すると、１次コイル５ａと２次コイル２ａ〜２ｈをトランス結合し、１次コイル５ｃと２次コイル２ｉ〜２ｌをトランス結合し、１次コイル５ｄと２次コイル２ｍ〜２ｐをトランス結合する場合等がこの変形例に該当する。
［実施形態２］
以下、本発明の実施形態２について図面を参照しながら説明する。
【００４７】
図３は、実施形態２のセルバランス装置を示す構成図である。
図３は、実施形態２の説明を簡単にするために開示したものであり、その構成は図１に開示した実施形態１のセルバランス装置において、各電池スタックを構成する電池セルの個数を４個とし、電池スタックの個数を２個とした構成である。したがって、図３の基本的な構成は、図１と同じ構成であるので各構成要素に同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、各電池スタックを構成する電池セルの個数と、電池スタックの個数とは、任意に設定することができる。
【００４８】
以下、図３を参照しながら、実施形態２のセルバランス制御を説明する。
実施形態２のセルバランス制御は、各スタック間の電圧差が大きい場合のセルバランス制御に関するものである。以下の説明では、電池スタック１１ａのスタック電圧が、電池スタック１１ｂのスタック電圧よりも高いものとする。
【００４９】
そして、１次コイル５ａ及び１次コイル５ｂの巻数は同じである。また、２次コイル２ａ〜２ｈの巻数は同じである。さらに、各１次コイルと、各２次コイルとの巻線比は、１次コイル：２次コイル＝８：１に設定されている。したがって、スイッチング回路６ａをスイッチングさせたときに、２次コイル２ａ〜２ｄそれぞれに発生する誘導電圧は、組電池全体の電圧の８分の１（セル電圧平均値Ｖａ）の電圧となる。すなわち、スイッチング回路６ａをスイッチングさせることにより、２次コイル２ａ〜２ｄには、セル電圧平均値Ｖａが発生することになる。よって、セル電圧がセル電圧平均値Ｖａよりも低い電池セルのみが充電されることになる。したがって、仮に電池スタック１１ａ内で最も低いセル電圧が、セル電圧平均値Ｖａよりも高い電圧の場合、電池スタック内の電池セルはどれも充電されない。
【００５０】
このような状況は、各スタック間の電圧差が大きい場合におこることが想定される。よって、実施形態２では、先に、スタック電圧の低い電池スタック１１ｂのみセル電圧の均等化を行い、その後、スタック電圧の高い電池スタック１１ａのセル電圧を均等化する制御を行なう。
【００５１】
これにより、スタック電圧の低い電池スタック１１ｂのセル電圧の均等化を行なっているときに、スタック電圧の高い電池スタック１１ａは、端子Ａ、Ａ′を介して、電力の放電のみを行なうので、そのスタック電圧が低下する。そして、スタック電圧の高い電池スタック１１ａにおいて、各セル電圧のいずれかが、セル電圧平均値Ｖａよりも低くなったときに、セル電圧の均等化をすることができる。
【００５２】
図４は、実施形態２のセルバランス制御のフローチャートである。
図４を用いて、実施形態２の各セル電圧を均等化するセルバランス制御を説明する。なお、下記の説明においては、電池スタック１１ａのセルバランス制御について説明する。そして、電池スタック１１ｂについても同様の制御をすることで、組電池が備える電池セル１ａ〜１ｈの各セル電圧を均等化することができる。また、図４の実施形態２のセルバランス制御のフローにおいて、図２の実施形態１のセルバランス制御のフローと同じフローには、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５３】
まず、制御部８は、Ｓ２０１、Ｓ２０２を実行し、電池タック１１ａのセル電圧のずれが規定値以上の場合（Ｓ２０２にてＹｅｓ）、セル電圧平均値Ｖａを算出する（Ｓ４０１）。
【００５４】
次に、制御部８は、電池スタック１１ａに属する電池セル１ａ〜１ｄの中に、算出したセル電圧平均値Ｖａ未満のセル電圧を有する電池セルがあるか否かを判定する（Ｓ４０２）。
【００５５】
そして、電池スタック１１ａに属する電池セル１ａ〜１ｄの中に、算出したセル電圧平均値Ｖａ未満のセル電圧を有する電池セルがない場合（Ｓ４０２にてＮｏ）、制御部８は、スイッチング回路６ａを停止（Ｓ４０３）する。そして、制御部８は、電圧計４ａ〜４ｈから各セル電圧を取得（Ｓ４０４）して、Ｓ４０２に戻り、Ｓ４０２〜Ｓ４０６を繰り返す。なお、Ｓ４０３において、既にスイッチング回路６ａが停止していた場合には、そのままスイッチング回路６ａの停止状態を継続すれば良い。これにより、スタック電圧が低い電池スタック１１ｂにおいて、セル電圧平均値Ｖａよりも、セル電圧が低い電池セルを充電している間、電池スタック１１ａは、端子Ａ、Ａ′を介して電力を放電する。したがって、電池スタック１１ａのスタック電圧は、低下することになる。なお、電池スタック１１ａのスタック電圧が、電池スタック１１ｂのスタック電圧よりも高いとき、電池スタック１１ｂのスタック電圧は、スタック電圧平均値よりも低い。したがって、電池スタック１１ｂに属する電池セル１ｅ〜１ｈの中に、セル電圧平均値Ｖａよりもセル電圧が低い電池セルがあるので、電池スタック１１ｂでは、その電池セルを充電する制御を行なっている。
【００５６】
また、電池スタック１１ａに属する電池セル１ａ〜１ｄの中に、セル電圧平均値Ｖａ未満のセル電圧を有する電池セルがある場合（Ｓ４０２にてＹｅｓ）、制御部８は、スイッチング回路６ａをスイッチング（Ｓ４０５）する。これにより、電池スタック１１ａのセル電圧を均等化することができる。
【００５７】
そして、制御部８は、セル電圧のずれが規定値未満になったか否かを判定する（Ｓ４０６）。この判定方法は、図２のＳ２０２で説明した判定方法を用いれば良い。この結果、セル電圧のずれが規定値以上である場合（Ｓ４０６にてＮｏ）、電池セル１ａ〜１ｈの各セル電圧を取得する（Ｓ４０４）。そして、Ｓ４０２に戻り、Ｓ４０２〜Ｓ４０６を繰り返す。また、セル電圧値のずれがバラツキ規定値未満である場合（Ｓ４０６にてＹｅｓ）、スイッチング回路６ａを停止する（Ｓ２０５）。そして、Ｓ２０６に移行する。以降のセルバランス制御については、実施形態１で説明した、Ｓ２０６〜Ｓ２１１と同じである。
【００５８】
以上のように、実施形態２では、セル電圧平均値Ｖａよりもセル電圧の低い電池セルを有する電池スタックの電圧の均等化を優先して行なうようにした。これにより、各電池スタック間の電圧に差がある場合など、スイッチングの必要なタイミングで各スイッチング回路をスイッチングさせることができる。
【００５９】
また、上記の説明では、電池スタック１１ａ及び電池スタック１１ｂの２個の電池スタックが直列に接続された組電池について説明したが、電池スタックの個数が３つ以上の場合についても実施形態２の構成を適用することができる。その場合には、Ｓ４０２において、各電池スタックに属するセル電圧を監視することで、セル電圧平均値Ｖａ未満の電池セルがある電池スタックを抽出し、その電池スタックに接続されたトランス結合回路のスイッチング回路をスイッチングすれば良い。
【符号の説明】
【００６０】
１ａ〜１ｎ        電池セル
２ａ〜２ｎ        ２次コイル
３ａ〜３ｎ        整流回路
４ａ〜４ｎ        電圧計
５、５ａ〜５ｄ    １次コイル
６、６ａ〜６ｄ    スイッチング回路
７、７ａ〜７ｄ    コア
８                制御部
９                記憶部
１０ａ〜１０ｄ    電圧計
１１ａ〜１１ｄ    電池スタック
１２ａ〜１２ｄ    トランス結合回路
【図１】
2013183555.tif 000003
【図２】
2013183555.tif 000004
【図３】
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【図４】
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